Izboljšanje spomina z estrom ferulinske kisline pri različnih vrstah

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Cognitive impairments can be devastating for quality of life, and thus, preventing or counteracting them is of great value. To this end, the present study exploits the potential of the plant Rhodiola Rosea and identifies the constituent ferulic acid epicotyl ester [icosyl-(2E)-3-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-prop-2-enoate (FAE-20)] as a memory enhancer. We show that food supplementation with dried root material from R. Rosea dose-dependently improves odor-taste reward associative memory scores in larval Drosophila and prevents the age-related decline of this appetitive memory in adult flies. Task-relevant sensorimotor faculties remain unaltered. From a parallel approach, a list of candidate compounds has been derived, including R. Rosea–derived FAE-20. Here, we show that both R. Rosea–derived FAE-20 and synthetic FAE-20 are effective as memory enhancers in larval Drosophila. Synthetic FAE-20 also partially compensates for age-related memory decline in adult flies, as well as genetically induced early onset loss of memory function in young flies. Furthermore, it increases excitability in mouse hippocampal CA1 neurons, leads to more stable context-shock aversive associative memory in young adult (3-month-old) mice, and increases memory scores in old (>2-letne) miši. Glede na te učinke in glede na uporabnost R. Rosea – rastline, iz katere smo odkrili FAE-20 – kot ojačevalca spomina, imajo lahko ti rezultati potencial za klinično uporabo.

UVOD

Kadarkoli je kognitivna funkcija patološko oslabljena, obstaja očitna želja, da bi jo odpravili. V tem kontekstu imajo rastline potencial, da nam zagotovijo terapevtske snovi. Rastlinske spojine, ki se pogosto uporabljajo in močno vplivajo na delovanje živčnega sistema, vključno z morfinom in kodeinom (Papaver somniferum), psevdoefedrinom/efedrinom [rod Ephedra (npr. E. Sinica)], kofein [rod Coffea (npr. C arabica in C. canephora)], in nikotin [rod Nicotiana (npr. N. tabacum in N. Rustica)].

Birgit Michels1*†, Hanna Zwaka1,2†‡, Ruth Bartels2†, Oleh Lushchak3†, Katrin Franke4, Thomas Endres5, Markus Fendt6,7, Inseon Song8, May Bakr8, Tuvshinjargal Budragchaa4, Bernhard Westermann4, Dushyant Mishra9§, Claire Eschbach9‖ , Stefanie Schreyer2, Annika Lingnau2, Caroline Vahl2, Marike Hilker2, Randolf Menzel2, Thilo Kähne10, Volkmar Leßmann5,7, Alexander Dityatev7,8,11, Ludger Wessjohann4*, Bertram Gerber1,7,12*

1 Leibniz Inštitut za nevrobiologijo, Oddelek za genetiko učenja in spomina, Magdeburg, Nemčija.

2Free University Berlin, Inštitut za nevrobiologijo, Berlin, Nemčija.

3Precarpathian National University, Department of Biochemistry, Ivano Frankivsk, Ukrajina.

4Leibniz Institute of Plant Biochemistry (IPB), Oddelek za bioorgansko kemijo, Halle (Saale), Nemčija.

5Univerza Otto von Guericke, Medicinska fakulteta, Magdeburg, Nemčija.

6Univerza Otto von Guericke, Medicinska fakulteta, Inštitut za farmakologijo in toksikologijo, Magdeburg, Nemčija.

7Center za vedenjske možganske znanosti (CBBS), Univerza Otto von Guericke, Magdeburg, Nemčija.

8Nemški center za nevrodegenerativne bolezni (DZNE), skupina za molekularno nevroplastičnost, Magdeburg, Nemčija.

9Univerza v Würzburgu, Biocenter Am Hubland, Oddelek za genetiko in nevrobiologijo, Würzburg, Nemčija.

10 Univerza Otto von Guericke, Inštitut za eksperimentalno interno medicino, Magdeburg, Nemčija.

11 Univerza Otto von Guericke, Medicinska fakulteta, Magdeburg, Nemčija. 12 Univerza Otto von Guericke, Inštitut za biologijo, Magdeburg, Nemčija.

Pripravke iz korenine Rhodiola Rosea L., trajnice iz družine Crassulaceae, ki naravno raste v višjih predelih severne poloble, ljudje tradicionalno uporabljajo za različne domnevne učinke, vključno s tistimi, ki so domnevno povezani z delovanjem živčnega sistema. (1–3) [vendar glej (4–6)]. Linnaeus (2) na primer omenja uporabo korenin R. Rosea v primerih, vključno s "cefalgijo" in "histerijo". Sodobne študije na ljudeh (3) in podganah (7) poročajo, da izvleček R. Rosea krepispominin/ali pozornost [pregledano v (8)] in preprečuje farmakološko povzročeno pomanjkanje inhibicije pred impulzom pri podganah (9), pa tudi utrujenost (3) in blažje oblike depresije pri ljudeh (3). Še vedno pa manjkajo izčrpne analize o tem, ali lahko katera koli ena ali več spojin, ki jih vsebuje koreninski material R. Rosea ali njeni izvlečki, posamično povzroči enega ali več teh učinkov ali poveča življenjsko dobo, kot so jo opazili. pri različnih vrstah, hranjenih s prahom ali izvlečkom R. Rosea (10, 11). To onemogoča ustrezen nadzor kakovosti in tako nalaga stroge omejitve medicinske in znanstvene uporabnosti R. Rosea in pripravkov, pridobljenih iz nje. Nadalje, specifičnospominprocesov, na katere vpliva R. Rosea ali njeni pripravki, niso identificirali. Še zlasti ostaja neznanka, ali je pridobivanje spomina,spominkonsolidacijo, ozspominiskanje je izboljšano.

Cistanchetubulozaizboljšatispomin, kliknite tukaj za vzorec

Da bi omogočili pospešeno analizo teh vprašanj, ta študija uporablja tri študijske primere žuželk [ličinke in odrasle Drosophila melanogaster ter medonosno čebelo Apis mellifera (12–15)] kot učinkovite modelne sisteme brez placeba za raziskovanjespomin-izboljšanje učinkov koreninskega materiala R. Rosea in surovih izvlečkov. Po dokazovanju njihovih od odmerka odvisnih učinkov vspominizboljšanje, izkoriščamo vzporedno študijo, ki je zagotovila seznam nevrovedenjsko aktivnih kandidatnih spojin, vključno z epikotil estrom ferulne kisline [ikozil-(2E)-3-(4- hidroksi-3-metoksifenil) -prop-2-enoat (FAE-20)], prečiščen iz koreninskega materiala R. Rosea. Tu preučujemo učinke koreninskega materiala R. Rosea, FAE-20, pridobljenega iz R. Rosea, in, kar je pomembno, sintetičnega FAE-20 kot posamezne spojine. Pokazali smo, da lahko FAE-20 resnično izboljša spomin pri ličinki Drosophila in lahko delno kompenziraspominokvare tako pri starih muhah kot v primeru genetsko povzročene zgodnje okvare spomina pri mladih muhah. Poleg tega lahko poveča razdražljivost hipokampalnih celic CA1 in okrepi od hipokampusa odvisen kontekstualni spomin na strah pri miših. Glede na skupne značilnosti mehanizmov učenja in spomina med vrstami (13, 16) razpravljamo o potencialu teh ugotovitev za klinično uporabo.

REZULTATI

Dopolnjevanje hrane z Rhodiolo1 izboljša rezultate spomina ličinke Drosophila

Ličinke Drosophila smo vzgojili bodisi na standardnem hranilnem mediju (kontrola) bodisi na hranilnem mediju, dopolnjenem z različnimi koncentracijami prahu korenine Rhodiola1, da bi preizkusili učinke tega prehranskega dodatka naspominoblikovan v asociativni klasični kondicionarni paradigmi vonj-sladkor (slika 1A). Za najvišjo koncentracijo Rhodiole1,spominrezultati so bili skoraj potrojeni glede na kontrolo. Ta učinek je bil dvakrat potrjen z uporabo poenostavljene različice paradigme z enim vonjem (17) in z uvedbo širšega razpona koncentracij (sl. 1, B in C). Ti trije neodvisni nizi podatkov skupaj razkrivajo od koncentracije odvisno izboljšanjespomins prehranskim dopolnilom Rhodiola1 (slika 1, A do D in slika S1). V nasprotju s tem je bilo vedenje eksperimentalno naivnih ličink do sladkorne nagrade [fruktoze (FRU)] in do vonjav [n-amilacetata (AM) in 1-oktanola (1OCT)] nespremenjeno (slika 2, A do C). Nadalje dopolnjevanje hrane z Rhodiolo1 ni vplivalo na vedenje ličink glede vonjav po izpostavljenosti samo z nagrajevanjem, podobnim treningu, ali po izpostavljenosti samo vonju, podobni treningu (sl. 2, D do G in sl. S2). Sklepamo, da prehransko dopolnilo z Rhodiolo1 izboljša asociativnostspominocenjuje ličinke Drosophila na način, ki je odvisen od odmerka, in pušča senzomotorično procesiranje, pomembno za nalogo, in neasociativne učinke izpostavljenosti dražljaju nespremenjene.

Komercialno dostopen pripravek Rhodiola ne poveča rezultatov spomina ličink

Pripravek v obliki tablete, ki vsebuje izvleček SHR-5 iz R. Rosea, je komercialno dostopen (tablete "Arctic root", Swedish Herbal Institute). Poročali so, da ta izvleček deluje proti utrujenosti pri ljudeh (3), da je učinkovit pri zdravljenju blage do zmerne depresije (3, 18) in podaljšuje življenjsko dobo in odpornost na fizični stres pri Caenorhabditis elegans in muhah (10, 11) [glej tudi (3) za pregled]. Zato smo preizkusili, ali prehransko dopolnilo z zmletimi tabletami arktične korenine vpliva na rezultate spomina. Ugotovljeno je bilo, da temu ni tako (slika S3; za našo izbiro koncentracij glejte Materiali in metode).

Kasnejši poskus je pokazal razliko v zmogljivosti spomina med kontrolnimi ličinkami in ličinkami, vzgojenimi na hrani, ki vsebuje zgoraj omenjeno tableto ali koreninske dodatke Rhodiole iz različnih virov, imenovane Rhodiola1 (pristop 1), Rhodiola2 (pristop 2, ločena serija Rhodiola1) in Rhodiola3 (pristop 3, vzorec korenine drugačnega geografskega izvora) (sl. S4). Natančneje, prehransko dopolnilo z Rhodiolo1, Rhodiolo2 in Rhodiolo3 je povečalo rezultate spomina, tako kot koreninski material iz nadaljnjega dodatnega vira (pristop 4: Rhodiola4; slika S1), tableta pa ne. Izvedli smo ločeno, vzporedno kemijsko analizo in korelacijsko analizo bioaktivnosti, namenjeno identifikaciji vedenjsko aktivnih kandidatnih spojin v koreninah R. Rosea; to je temeljilo na akcesiji, iz katere smo pridobili največji vzorec (Rhodiola4). V tej študiji pa smo najprej vprašali, ali je te učinke mogoče opaziti tudi pri mladih in/ali starih odraslih muhah.

Rhodiola4 izboljša rezultate spomina pri starejših, ne pa tudi pri mladih odraslih

Drosophila Prehranski dodatek z Rhodiolo4 ni izboljšal rezultatov spomina mladih odraslih Drosophila v asociativni učni paradigmi vonj-sladkor (sl. 3, A in B). Presenetljivo pa je, da je nizke rezultate spomina pri starejših odraslih drozofilah mogoče popraviti s prehranskim dopolnilom z Rhodiolo4 (sl. 3C in sl. S5).

Sklepamo, da lahko prehransko dopolnilo z Rhodiolo4 nadomesti s starostjo povezano upadanje spomina pri odrasli Drosophili. Da bi ugotovili, ali ima lahko hranjenje z Rhodiolo tudi akutne učinke na funkcijo spomina, in da bi razjasnili učinek izboljšanja Rhodiole na pridobivanje spomina, utrjevanje spomina in ponovno vzpostavitev spomina, smo se odločili uporabiti paradigmo kondicioniranja refleksa iztegovanja rilčka čebele, v katerem je te procese mogoče priročno raziskati ločeno (14, 15).

cistanche bodybuilding

Hranjenje z Rhodiolo4E pred treningom izboljša pridobivanje spomina pri čebelah

Najprej smo vprašali, ali ima Rhodiola akuten vpliv na pridobivanje spomina. Da bi to ugotovili, smo dan pred treningom čebele krmili. Ena skupina čebel je bila krmljena s sladkorno raztopino in Rhodiola4E, medtem ko je druga skupina prejela enako količino navadne sladkorne raztopine. Naslednji dan sta bili obe skupini usposobljeni v petih poskusih, pri čemer so kot nagrado združili vonj z navadnim sladkorjem (slika 4A). Skupina, ki je bila predhodno hranjena z Rhodiolo4E, je pokazala statistično višje stopnje odziva na kondicioniran vonj med pridobivanjem kot kontrolna skupina. Ker bi lahko izključili učinke Rhodiole4E na senzomotorično obdelavo, pomembno za nalogo, kot sta odzivnost na sladkor in vonjave (sl. 4, B in C), povečanje pogojnih odzivov odraža izboljšanje pridobivanja spomina.

Hranjenje z Rhodiolo4E po treningu izboljša utrjevanje spomina pri čebelah

Nato smo preizkusili, ali akutno uživanje Rhodiole4E vpliva na konsolidacijo spomina (14, 15). V trenutni paradigmi konsolidacija v zgodnjo obliko dolgoročnega spomina (eLTM) poteka do 9 ur po treningu (19). Živali so hranili s kontrolo ali raztopino Rhodiola4E 5 ur po treningu (tj. med časovnim oknom konsolidacije spomina) in naslednji dan testirali njihov spomin, do takrat pa je bila konsolidacija spomina v eLTM končana. Rezultati spomina pri čebelah, zdravljenih z Rhodiola4E, so bili višji od tistih v kontrolni skupini (slika 4D in slika S6), odvisno od odmerka (slika 4E).

Hranjenje z Rhodiolo4E ne vpliva na obnovitev spomina pri čebelah

Da bi ugotovili, ali akutno hranjenje z Rhodiolo4E vpliva tudi na obnovitev spomina, smo hranjenje z Rhodiolo4E prestavili na 29 ur po treningu in preizkusili spomin naslednji dan. Ta časovna razporeditev eksperimentalnih dogodkov zagotavlja, da so bili procesi konsolidacije spomina zaključeni, ko so bile živali zdravljene 29 ur po treningu (19), medtem ko je časovni interval med hranjenjem Rhodiola4E in testom ostal nespremenjen glede na prejšnji poskus (tj. 19 ur). Če naj bi hranjenje Rhodiola4E, časovno določeno na ta način, olajšalo priklic spomina, je treba upoštevati višje rezultate. To pa ni bilo tako (slika 4F).

Sklepamo, da akutno hranjenje z Rhodiolo4E pospeši pridobivanje spomina in njegovo učinkovitejšo konsolidacijo v stabilno obliko, medtem ko priklic spomina in senzomotorične sposobnosti, pomembne za nalogo, ostanejo nespremenjene. Skupaj so nas dosedanje ugotovitve pri Drosophili in medonosni čebeli spodbudile k vprašanju, ali je mogoče iz Rhodiole identificirati specifično spojino za izboljšanje spomina.

Identifikacija epikotil estra ferulne kisline (FAE-20) kot kandidata za izboljšanje spomina

Po pridobitvi velikega vzorca posušenega koreninskega materiala Rhodiole4 smo najprej preizkusili učinek surovega izvlečka na izboljšanje spomina, da bi ugotovili, ali je funkcionalne komponente Rhodiole mogoče ekstrahirati. Dopolnjevanje hrane s surovim izvlečkom R.rosea (izvleček Rhodiola) je resnično izboljšalo rezultate spomina pri ličinkah Drosophila (slika 5A), kar kaže, da je topna komponenta prinesla tak učinek. To nas je spodbudilo, da smo sprejeli izolacijo, vodeno z biološkim preizkusom, in pristop obrnjene metabolomike z uporabo algoritmov korelacije aktivnosti (20). Vendar pa sedanja paradigma prehranskih dopolnil zahteva, kar je nepraktično, velike količine ekstrakta za tak pristop. Čeprav bi bila načeloma čebelja paradigma primerna in virom prijazna alternativa, smo menili, da bi bila dolgoročno prednost delo v genetsko bolj dostopnem modelnem sistemu. V vzporedni študiji smo zato razvili alternativni zaslon, povezan s spominom, za ličinke Drosophila, ki izkorišča učinek nagrajevanja Rhodiole in zahteva veliko manj materiala. Ta zaslon je predlagal seznam kandidatnih spojin, vključno z -sitosterol- -D-glukozidom (BSSG) in epikotil estrom ferulne kisline (FAE-20). Posledično sta bili obe spojini sintetizirani, da smo pridobili zadosten in čist material za vzročno preverjanje v tem testu za izboljšanje spomina Glede na to, da prehransko dopolnilo s sintetičnim BSSG in njegovimi derivati ​​ni vplivalo na rezultate spomina ličink (slika S7) in glede na to, da smo imeli ugotovili prisotnost FAE-20 v Rhodioli (sliki S8 in S9), smo se v naslednjih poskusih osredotočili na sintetične FAE-20.

Slika 1. Rhodiola1 izboljša spomin pri ličinki Drosophila. (A do C) Ličinke so bile vzgojene v vialah s hrano s kontrolno hrano (siva, kontrola) ali s hrano, dopolnjeno z navedenimi koncentracijami korenine Rhodiola1 (rjava, Rhodiola1). (A) Ličinke so bile podvržene diferencialnemu usposabljanju, tako da je bil eden od dveh vonjav (AM, črni oblak; 1OCT, rumeni oblak) predstavljen na petrijevki skupaj s sladkorno nagrado [zelena, fruktoza (FRU); v polovici primerov je bilo zaporedje usposabljanja takšno, kot je navedeno; v drugi polovici je bilo obratno]. Med testiranjem se je merila izbira med vonjavami. Indeks uspešnosti (PI) kvantificira asociativni spomin kot razliko v testnem vedenju med recipročno treniranimi skupinami ličink, kar razkriva, da Rhodiola1 odvisno od odmerka poveča rezultate spomina. n=15, 12, 12 in 11. (B) Kot v (A), ki kaže, da Rhodiola1 odvisno od odmerka poveča rezultate spomina tudi v nediferencialni različici paradigme. n=11, 11, 11 in 11. (C) Kot v (B), testiranje nižjih ravni koncentracije Rhodiola1. n=15, 15, 13 in 11. (D) Povzetek na podlagi medianih PI z uporabo Rhodiole1 (A do C) in Rhodiole4 (slika S1), normaliziranih na mediano ustrezne kontrole. Škatlasti prikazi predstavljajo mediano kot srednjo črto, s 25. in 75. kvantilom kot mejami škatle ter 1{{30}}. in 90. kvantilom kot brki. "b" označuje statistično značilno razliko od kontrole ("a") pri testih U, popravljenih z Bonferronijem (P <0,05 ),="" pred="" katerimi="" je="" bil="" izveden="" kruskal-wallisov="" test="" (p=""><0,05). podatki="" so="" dokumentirani="" v="" podatkovni="" datoteki="">

Slika 2. Rhodiola1 ne vpliva na senzomotorične sposobnosti, ki so pomembne za nalogo. Ličinke, gojene v vialah s hrano s kontrolno hrano ali s hrano, dopolnjeno z navedeno koncentracijo korenine Rhodiola1, so opravile navedene naloge. Te naloge testirajo senzomotorične sposobnosti, ki so pomembne za poskuse učenja nagrajevanja vonjav, prikazane na sliki 1. Rhodiola1 v nobenem primeru ni vplivala na uspešnost. (AtoC) Preferenca eksperimentalno naivnih ličink glede na nagrado za sladkor [A: FRU, zelena (n=17, 17, 17 in 17)] in proti vonjavam [B; zjutraj, črni oblak (n=12, 12, 12 in 12); C: 1OCT, rumeni oblak (n=12, 12, 28 in 12)]. (D do G) Preferenca vonjav po izpostavljenosti dražljaju, podobnemu treningu, nagradi, vendar brez vonjav [D in E, testiranje preferenc za AM (n=12, 12, 12 in 12) in 1OCT (n { {26}}, 12, 12 in 12) ali na vonje, vendar brez nagrade [F in G, testiranje preferenc za AM (n {{30}}, 11, 12, in 12) oziroma 1OCT (n=12, 12, 12 in 12). V polovici primerov je bilo zaporedje poskusov izpostavljenosti takšno, kot je navedeno; v drugi polovici pa obratno. Na sl. S2, prikazane so preference vonjav po izpostavitvi samo enemu od vonjav. ns pomeni P > 0,05 (Kruskal-Wallisov test). Nadaljnje podrobnosti kot na sliki 1. Podatki so dokumentirani v podatkovni datoteki S1.

Slika 3. Rhodiola4 kompenzira s starostjo odvisen upad spomina. (A do C) Muhe, ki so bile vzrejene do 1 ali 15 dni po izvalitvi v vialah s hrano s kontrolno hrano ali hrano, dopolnjeno s korenino Rhodiola4, so bile podvržene diferencialnemu usposabljanju, tako da je bil eden od dveh vonjav [črni in rumeni oblaki; v polovici primerov benzaldehid (BA); v drugi polovici je bil 3-oktanol (3OCT)] predstavljen z nagrado za sladkor [zeleno; saharoza (SUC)], drugi vonj pa je bil predstavljen brez nagrade (v polovici primerov je bilo zaporedje usposabljanja takšno, kot je navedeno; v drugi polovici je bilo obratno). Med testom se je merila izbira med vonjavami. PI kvantificira asociativni spomin kot razliko v testnem obnašanju med recipročno treniranimi skupinami muh. Rhodiola4 ne vpliva na rezultate spomina pri mladih muhah (B; n=24 in 46), vendar kompenzira upad rezultatov spomina pri starih muhah (C; n=23 in 22). ns označuje P > 0.05 (test U). b označuje statistično značilno razliko od kontrole (a) v testu U (P <0,05). nadaljnje="" podrobnosti="" kot="" na="" sliki="" 1.="" podatki="" so="" dokumentirani="" v="" podatkovni="" datoteki="">

FAE-20 kot ojačevalec spomina pri Drosophili

Ličinke Drosophila so bile vzgojene na kontrolnem gojišču ali na gojišču z različnimi koncentracijami sintetičnih FAE{{0}}. Slednje je izboljšalo rezultate spomina na način, odvisen od odmerka. Rezultati spomina so se podvojili pri 0,71 mM koncentraciji FAE-20, medtem ko 10-krat nižje ali 10-krat višje koncentracije FAE-20 niso imele statistično pomembnega učinka (sl. 5B). Podobno odvisnost od odmerka so opazili prej pri uporabi surovega ekstrakta Rhodiole in Rhodiole4E (sliki 4E in 5A). Učinek prehranskega dopolnila R. Rosea na življenjsko dobo drozofile sledi tudi optimalni funkciji (11).

Naslednje vprašanje je bilo, ali bi ne samo FAE-20, ampak tudi strukturno sorodni in naravno prisotni derivati ​​izboljšali rezultate spomina pri ličinki Drosophila (slika 5C). Ličinke so bile vzgojene na kontrolni hrani ali na hrani, dopolnjeni s FAE-20, heksadecil-(2E)-3-(4-hidroksi-3-metoksifenil)-prop-2- enoat (FAE-16), dodecil-(2E)-3-(4-hidroksi-3-metoksifenil)-prop-2-enoat (FAE-12) ,oktil-(2E)-3-(4-hidroksi-3-metoksifenil)-prop-2-enoat (FAE-8),cozy-(2E){{29 }}(4-hidroksifenil)-prop-2-enoat (4-OH-CAE-20), ali 7,8-dihidro-ferulne kisline epikotil ester (DH- FAE-20). Rezultati potrjujejo, da hranjenje z FAE-20 vodi do višjih rezultatov spomina kot pri kontrolah, in kažejo, da snovi s krajšo dolžino alkilne verige (FAE-16, FAE-12 in FAE{{44 }}) nimajo statistično pomembnega učinka. Poleg tega prehransko dopolnilo s snovmi, podobnimi FAE-20, vendar brez metoksi skupine FAE (4-OH-CAE-20), ali snovmi s hidrogenirano dvojno vezjo (DH-FAE{{ 50}}) ni imel merljivega učinka na rezultate spomina. Prehransko dopolnilo s FAE-20 pusti rezultate spomina mladih odraslih muh nespremenjene (sl. 6, A in B), vendar delno kompenzira s starostjo povezano upadanje spomina (sl. 6C). Nasprotno pa na vedenje eksperimentalno naivnih starih muh glede vonjav BA in 3OCT (slika 6D) in glede nagrade za sladkor (slika 6E) prehranski dodatek FAE-20 ni vplival.

Preliminarni proteomski pristop je nakazal, da prehransko dopolnilo z Rhodiolo4 zmanjša nivo proteina aktivne cone Bruchpilot pri starejših odraslih drozofilah (BRP, kodiran z genom brp). To se nam je zdelo zanimivo, ker so poročali, da se pri Drosophili ekspresija BRP povečuje s starostjo, in ugotovljeno je bilo, da povečana regulacija proteina BRP pri mladih muhah izzove prezgodnjo okvaro spominske funkcije v averzivni učni paradigmi (21). To je sprožilo vprašanje, ali je v primerjavi z osnovnim stanjem z dvema genomskima kopijama gena brp (2×BRP, izhodišče) vzpostavitev stanja z zgodnjim začetkom visokega izražanja BRP pri mladih muhah s štirimi genomskimi kopijami brp gen (4 × BRP, "kontrola") (21) bi vodil do zgodnjega zmanjšanja rezultatov spomina tudi v naši apetitni paradigmi. Ugotovljeno je bilo, da je to res na vedenjski ravni (slika 6F; 2 × BRP, izhodiščna linija v primerjavi s 4 × BRP, kontrola). Prehransko dopolnilo s FAE-20 pri 4×BRP muhah (4×BRP, FAE-20) je lahko delno nadomestilo to gensko povzročeno "patološko" stanje.

Slika 4. Rhodiola4E pri čebelah izboljša pridobivanje in konsolidacijo, ne pa tudi vračanja. (A) Čebele so bile krmljene s sladkorno raztopino in ekstraktom Rhodiola4E (rjava) ali sladkorno raztopino (siva, kontrola). Naslednji dan so bile čebele podvržene klasičnemu kondicioniranju odziva na podaljšanje rilčka (PER) s parnimi predstavitvami vonja in nagrade. Stopnje pridobivanja PER-jev glede na vonj so višje po hranjenju z Rhodiolo4E [logistična regresija: c2(1)=13.33, P=0.00026; n=73 in 117]. (B in C) Hranjenje z Rhodiolo4E ne vpliva niti na odzivnost na sladkor [B; enosmerna analiza variance (ANOVA), P > 0,05; n=49, 51, 47 in 45] niti odzivnost na vonj [C; logistična regresija: c2(1)=0.01, P=0.98; n=157 in 114). (D) Ko so bile čebele med konsolidacijo spomina krmljene z Rhodiolo4E, so bile ravni PER med testiranjem višje od tistih pri kontrolah [logistična regresija: c2(1)=8.50, P=0.0036; n=129 in 130]. Prikazani podatki vključujejo podatke iz poskusov na (E) in sl. S6. (E) Kot v (D), kar kaže, da se spomin izboljša v skladu s koncentracijo Rhodiola4E. Spomin čebel, hranjenih z 1 odstotkom Rhodiole4E, se razlikuje od kontrolne [logistična regresija: c2(1)=16.08, P=0.00006; n=44, 46, 47 in 46]. (F) Rhodiola4E ne vpliva na obnovitev spomina, če je hranjena istočasno pred testom kot v (D) in (E), ima pa v času po treningu, ko je konsolidacija spomina že končana. Stopnje PER se niso razlikovale pri čebelah, pozneje krmljenih z Rhodiolo4E, v primerjavi s kontrolo [logistična regresija: c2(1)=0.01, P=0.92; n=59 in 55]. *P <0,05. vrstice="" označujejo="" intervale="" zaupanja.="" podatki="" so="" dokumentirani="" v="" podatkovni="" datoteki="">

Slika 5. Surovi izvleček rodiole in FAE-20 izboljšujeta spomin pri ličinki Drosophila. (A in B) Kot na sliki 1B prehransko dopolnilo s surovim izvlečkom Rhodiole (A; rjav) ali z FA epikotil estrom (B; FAE-20, modro) izboljša spomin ličinke Drosophila v odvisnosti od odmerka način. Podobno kot je bilo ugotovljeno za konsolidacijo spomina pri čebelah (slika 4E), tako za surovi izvleček rodiole kot za FAE-20, smo opazili izboljšanje spomina pri vmesnih koncentracijah. b označuje statistično značilno razliko od kontrole (a) pri U testih, popravljenih z Bonferronijem [A: P < 0.05/2="" (n="33," 34="" in="" 27);="" b:="" p="">< 0.05/3="" (n="17," 16,="" 19="" in="" 18)],="" pred="" katerim="" so="" sledili="" kruskal-wallisovi="" testi="" (p="">< 0,05).="" (c)="" kot="" zgoraj,="" za="" prehranska="" dopolnila="" z="" navedenimi="" derivati="" ​​fae-20="" ali="" fae-20.="" od="" preizkušenih="" spojin="" le="" fae-20="" vodi="" do="" izboljšanih="" rezultatov="" spomina="" glede="" na="" kontrolo="" (p="0.007)," pri="" čemer="" se="" rezultati="" ponovijo="" iz="" (b).="" "b"="" označuje="" statistično="" značilno="" razliko="" od="" kontrole="" ("a")="" pri="" testih="" u,="" popravljenih="" z="" bonferronijem="" [p="">< 0,05/6="" (n="35," 35,="" 35,="" 35,="" 35="" in="" 35)],="" pred="" katerim="" je="" a="" kruskal="" wallisov="" test="" (p="0.055)." sivo="" senčenje="" označuje="" vrednosti="" med="" 25.="" in="" 75.="" kvantilom="" kontrolnih="" rezultatov="" pi.="" nadaljnje="" podrobnosti="" kot="" na="" sliki="" 1.="" podatki="" so="" dokumentirani="" v="" podatkovni="" datoteki="">

Slika 6. FAE-20 izboljša spomin pri starih muhah in modulira ravni proteina BRP. (A do C) Kot na sliki 3, prehransko dopolnilo z FAE-20 (modro) ne vpliva na rezultate spomina pri mladih muhah (B; n=24 in 28), vendar delno kompenzira okvaro spomina ostarele muhe (C; n=29 in 28). ns oziroma b pomenita P > 0.{{10}}5 in P < 0.05="" v="" testih="" u="" v="" primerjavi="" s="" kontrolo="" (a).="" (d="" in="" e)="" hranjenje="" s="" fae-20="" ne="" vpliva="" na="" preferenco="" vonja="" [d:="" ba="" (rumeni="" oblak)="" in="" 3oct="" (črni="" oblak)]="" ali="" preferenco="" suc="" (e,="" zelena)="" pri="" starih="" muhah.="" ns="" označuje="" p=""> 0.05 v testih U (n=28 in 28; 28 in 28; ter 40 in 40). (F) Kot v (B) in (C), kar kaže, da so glede na izhodiščne pogoje BRP (2 × BRP, izhodiščna vrednost) rezultati spomina pri mladih muhah oslabljeni zaradi čezmerne ekspresije BRP, ko so gojene na kontrolni hrani (4 × BRP, kontrola ), kar je delno kompenzirano z vzrejo živali na hrani FAE-20 (4×BRP, FAE-20). b označuje razliko od izhodišča (a), "c" označuje razliko od kontrole pri testih U, popravljenih z Bonferronijem [P < 0,05/2="" (n="20," 28="" in="" 27)],="" pred="" katerim="" je="" kruskal-wallis="" test="" (p=""><0,05). (g)="" kvantitativna="" masna="" spektrometrija="" (ms)="" kaže,="" da="" se="" prekomerno="" izražanje="" brp="" lahko="" delno="" kompenzira="" s="" hranjenjem="" s="" fae-20.="" "b"="" označuje="" razliko="" od="" izhodišča="" ("a"),="" "c"="" označuje="" razliko="" od="" kontrole="" pri="" testih="" u,="" popravljenih="" z="" bonferronijem="" [p="">< 0,05/2="" (n="95," 96="" in="" 102)],="" pred="" katerim="" je="" kruskal-wallisov="" test="" (p=""><0,05). vložek="" ponazarja="" topologijo="" brp="" na="" presinapsi="" [©="" iz="" (47);="" prvotno="" objavljeno="" v="" journal="" of="" cell="" biology.="" https://doi.org/10.1083/jcb.200812150].="" nadaljnje="" podrobnosti="" kot="" na="" sliki="" 1.="" podatki="" so="" dokumentirani="" v="" podatkovni="" datoteki="">

Da bi ugotovili, ali hranjenje živali 4×BRP s FAE-20 resnično zmanjša raven beljakovin BRP, smo uporabili kvantitativno MS glav odraslih muh (slika 6G). To je potrdilo povečanje ravni BRP pri mladih kontrolnih muhah s 4 × BRP v primerjavi z mladimi muhami z osnovno linijo 2 × BRP (21). Ključno je, da je prehransko dopolnilo FAE-20 zmanjšalo to povečanje BRP pri muhah 4×BRP.

Sklepamo, da lahko dopolnjevanje hrane s FAE-20 izboljša rezultate spomina pri ličinki Drosophila. Poleg tega lahko FAE-20 delno kompenzira tako okvare spomina pri starih muhah kot tudi zgodnje okvare spomina, ki jih povzroči genetsko povzročeno, prezgodnje povečanje ravni BRP pri mladih muhah. Naše naslednje vprašanje je bilo, ali ima FAE-20 nevrokognitivne učinke tudi pri miših.

FAE-20 poveča razdražljivost nevronov CA1 in izboljša kontekstualni spomin na strah

Given the role of hippocampal CA1 neurons in learning and memory in rodents and humans (22, 23), we tested whether the physiological properties of these neurons are altered by acute application of Rhodiola extract crude. It turned out that cell excitability, measured as the number of action potentials upon current injection, is increased (Fig. 7, A and B). Likewise, the application of 4 mM FAE-20 increases the excitability of CA1 neurons (Fig. 7, C, and D). This prompted us to test whether acute application of FAE-20 modulates hippocampus-dependent memory in the mouse. Because we were concerned that the acidic conditions in parts of the mammalian digestive system might incapacitate FAE-20 by acidic hydrolysis, mice were intraperitoneally injected with FAE-20 solution (6 or 12 mg/kg) or solvent and trained in a contextual fear conditioning paradigm 30 min later. On the next day, they were tested for freezing behavior first in a novel context and then in the training context (Fig. 7, E to G). After injection of FAE-20 in young adult mice (3 months), the FAE-20–treated groups and the control groups showed a similarly low level of freezing in the novel context, and initially, equally elevated freezing in the training context. Contextual fear memory was more stable across the testing period in FAE-20–treated animals (Fig. 7, E and F). Application of FAE-20 in aged mice (>2 leti) je povzročilo višje ravni kontekstualnega spomina na strah v celotnem testu v primerjavi s kontrolami (slika 7G). Sklepamo, da lahko akutno zdravljenje s FAE-20 izboljša kontekstni spomin strahu pri miših, odvisen od hipokampusa, kar je verjetno povezano s povečano razdražljivostjo vpletenih nevronov.

DISKUSIJA

Prevajalski potencial

Izhodišče te študije je bilo, da pripravki iz korenin R. Rosea domnevno podaljšujejo življenjsko dobo pri različnih živalskih vrstah (10, 11), uporabljajo se v tradicionalni humani medicini (1–3) in naj bi imeli pozitivne učinke. o spominski funkciji pri glodavcih (7) in ljudeh (3) [vendar glej (4–6)]. Kar zadeva učinke na spominsko funkcijo, pa ostajajo neznani specifični spominski procesi, na katere vpliva Rhodiola (pridobivanje, konsolidacija in pridobivanje) in bioaktivne spojine v korenu, ki povzročajo te učinke. Sistematično smo raziskali učinke R. Rosea, njenih izvlečkov in posameznih spojin, prisotnih v teh izvlečkih, na asociativno učenje in spomin. Sklepamo, da R. Rosea izboljša rezultate spomina na način, ki je odvisen od odmerka, pri ličinkah Drosophila in da kompenzira s starostjo povezano zmanjšanje spomina pri starih muhah. Pri čebelah hranjenje z R. Rosea posebej izboljša pridobivanje in utrjevanje spomina, ne pa tudi njegovega obnavljanja. Senzomotorične sposobnosti, povezane z nalogo, ostanejo v vseh primerih nespremenjene. Učinek izboljšanja spomina pri Drosophili posebej pripisujemo bioaktivni spojini FAE-20, za katero smo dokazali, da je prisotna v izvlečku R. Rosea. Te učinke potrjujemo s sintetičnim čistim FAE-20, ki prav tako izboljša s starostjo povezane in genetsko povzročene zgodnje motnje spomina pri odraslih muhah.

Ključno je, da je z vidika translacijske medicine FAE-20 učinkovit tudi pri modelu glodalcev: mišji hipokampalni nevroni CA1 so pokazali povečano razdražljivost, miši, zdravljene s FAE-20, pa so pokazale izboljšan spomin, odvisen od hipokampusa. V luči zgoraj omenjenih poročil o nevrokognitivnih učinkih R. Rosea v tradicionalni medicini in glede na to, da je bil FAE-20 identificiran iz R. Rosea kot spojina za izboljšanje spomina, so bili poskusi učinkov FAE{{6} } pri ljudeh se zdaj zdijo upravičeni. Ko so testi toksičnosti opravljeni in je znana farmakokinetika FAE-20, so lahko takšni testi še posebej obetavni zaradi poročanih povezav med nevronsko razdražljivostjo, sinaptično plastičnostjo in učenjem (24, 25). Možen mehanizem, s katerim lahko povečanje nevronske razdražljivosti povzroči izboljšano sinaptično plastičnost, je, da lahko večje število akcijskih potencialov, ki nastanejo med indukcijo sinaptične plastičnosti v bolj vzdražljivih celicah, povzroči

povečan dotok Ca2 plus preko N-metil-D-aspartatnih tipov glutamatnih receptorjev. Piramidalne celice iz območja CA1 dorzalnega hipokampusa so na primer manj razdražljive pri starih kot pri mladih miših (26); tako bi morale stare miši imeti več koristi od povečanja razdražljivosti kot mlade miši, kar je skladno z očitno bolj izrazitimi vedenjskimi učinki FAE-20, ki jih opazimo pri starih miših. Poleg tega več spojin, ki povečujejo intrinzično vzdražljivost teh nevronov, kot sta zaviralec holinesteraze galantamin in zaviralec kalcijevih kanalčkov tipa L nimodipin, izboljša učinkovitost starih miši pri vedenjskih nalogah, odvisnih od hipokampusa (26).

FAE-20 kot izboljševalec spomina

FAE-20 doslej ni bil opisan kot sestavina R. Rosea [glede drugih rastlin glej (27) in (28)], vendar na splošno ferulna kislina (FA) in sorodne fenolne spojine v prosti obliki ali kot konjugati so vseprisotni antioksidanti v rastlinah. Medtem ko se o FA razpravlja kot o terapevtskem sredstvu proti boleznim, povezanim z oksidativnim stresom, vključno z nevrodegenerativnimi motnjami (29), za alkilne estre FA, kot je FAE-20, prej niso poročali o nobenih nevrokognitivnih učinkih. Pokazalo se je, da sintetični alkilni estri FA (in kofeinske kisline) zavirajo in vitro proliferacijo tumorskih celic, aktivnost encimov ciklooksigenaze (COX-1 in COX-2) in peroksidacijo lipidov (30) – učinki ki so skladni s podaljšanjem življenjske dobe in zmanjšanjem telesne teže, opaženim pri R. prehransko dopolnilo vrtnice pri številnih vrstah (10, 11, 31, 32).

Ti učinki so bili okrepljeni s tvorbo estra, verjetno zato, ker se s tem postopkom poveča biološka uporabnost in prepustnost membrane. Zlasti dolgoverižna esterifikacija lahko poveča biološko uporabnost ali celo membransko kopičenje FA (ker poveča lipofilnost in tako olajša lokalizacijo in prehajanje membran in krvno-možganske pregrade). V skladu s tem najdemo izboljšanje spomina za FAE-20 in ne za alkilne estre s krajšo verigo FA (glejte tudi razdelek »Ali lahko FAE-20 doseže možgane?«).

Identifikacija FAE-20 kot ojačevalca spomina ne razveljavi prejšnjih trditev glede aktivnosti drugih spojin iz R. Rosea (4–6). V večini prejšnjih študij je bil uporabljen tako imenovani SHR-5 izvleček koreninskega materiala R. Rosea, ki se običajno trži v obliki tablet (3–6, 10, 11). Ta izvleček je standardiziran na vsebnost salidrozida [2-(4-hidroksifenil)etil bD-glukopiranozida] (4–6). Poroča se tudi, da vsebuje druge fenil etanoide in prostanoide (npr. tirozol, rosavin in mandarin), tem razredom spojin pa je bila pripisana bioaktivnost (3, 33) [vendar glej (4–6)]. Vsaj v primeru ličinke Drosophila in v preizkušenem obsegu naši podatki ne zagotavljajo nobenega dokaza o učinku izboljšanja spomina s tabletnim materialom, ki vsebuje SHR-5. Naši poskusi ugotoviti, ali je to posledica nezadostnih količin FAE-20 v tabletah, ki vsebujejo SHR-5, pa so bili neuspešni, ker so prekrivanje signala in učinki matrike onemogočali pravilno kvantitativno analizo.

Slika 7. FAE-20 poveča razdražljivost hipokampusa in povzroči stabilnejši kontekstualni spomin na strah pri miših. (AtoD) Surovi izvleček rodiole (A in B) ali FAE-20 (C in D) smo nanesli na akutne rezine mišjega hipokampusa v navedenih koncentracijah in razdražljivost nevronov CA1 določili kot število akcijskih potencialov ( AP) ob vbrizgavanju toka. Razdražljivost je bila povečana s surovim ekstraktom rodiole [P < 0.05,="" dvosmerna="" anova="" s="" ponavljajočimi="" se="" meritvami="" (rm="" anova);="" n="10]" in="" s="" fae-20="" [dvosmerna="" rmanova="" s="" p=""> 0.05 za dve nižji koncentraciji (n=11 do 18) in P < 0.05="" za="" najvišjo="" koncentracijo="" fae-20="" (n="13)]" glede="" na="" uporabo="" topila="" kot="" kontrole="" (n="" {{19}="" }="" do="" 14).="" (e)="" miši="" (stare="" 3="" mesece)="" so="" intraperitonealno="" injicirali="" fae-20="" (6="" mg/kg;="" n="14)" ali="" topilo="" kot="" kontrolo="" (n="13)" 3{{37="" }}="" min="" pred="" kontekstualnim="" treningom="" kondicioniranja="" strahu.="" naslednji="" dan="" je="" bilo="" preizkušeno="" zamrznitveno="" vedenje="" v="" novem="" kontekstu="" (za="" oceno="" nespecifičnega="" strahu)="" in="" v="" kontekstu="" usposabljanja="" (za="" oceno="" pogojnega="" kontekstualnega="" strahu).="" živali="" iz="" obeh="" skupin="" so="" enako="" dobro="" razlikovale="" med="" nevtralnim="" kontekstom="" in="" kontekstom="" treninga="" (rm="" anova,="" vse="" vrednosti="" p="">< 0.05).="" pri="" kontrolnih="" živalih="" se="" je="" kontekstni="" strah="" sčasoma="" zmanjšal="" [p="">< 0.05,="" post="" hoc="" test="" fisherjeve="" najmanj="" pomembne="" razlike="" (lsd)],="" vendar="" je="" spomin="" ostal="" stabilen="" po="" zdravljenju="" z="" fae-20="" (p=""> 0,05) in je bil višji kot pri kontrolnih živalih (P=0.0007). (F) Če so bile živali zdravljene z višjo koncentracijo FAE-20, so spet razlikovale med obema kontekstoma, tako kot kontrolne živali (rm ANOVA, vse vrednosti P < 0,05).="" pokazali="" so="" rahlo,="" a="" statistično="" značilno="" (p="0,04)" zmanjšanje="" zmrzovanja="" nadure="" v="" kontekstu="" vadbe,="" vendar,="" kar="" je="" pomembno,="" so="" pokazali="" večjo="" zmrzljivost="" v="" drugi="" polovici="" izpostavljenosti="" kontekstu="" vadbe="" kot="" kontrolna="" skupina="" (p=""><0,0001). ,="" kar="" ponovno="" kaže="" na="" stabilnejši="" spomin="" na="" strah="" pri="" miših,="" zdravljenih="" s="" fae-20="" (post="" hoc="" primerjave="" fisherjevega="" lsd;="" kontrola,="" n="13;" fae-20,="" n="9)." (g)="" kot="" v="" (e),="" za="" 24-="" do="" 28-letne="" miši.="" živali="" iz="" obeh="" skupin="" so="" enako="" dobro="" razlikovale="" med="" nevtralnim="" kontekstom="" in="" kontekstom="" treninga="" (rm="" anova,="" vse="" vrednosti="" p="">< 0,05).="" živali,="" zdravljene="" s="" fae-20,="" so="" pokazale="" višjo="" stopnjo="" spomina="" na="" strah="" v="" kontekstu="" treninga="" (tj.="" pokazale="" več="" zmrzovanja)="" kot="" kontrolne="" živali="" v="" celotni="" fazi="" testiranja="" (p="">< 0,05,="" fisherjev="" post="" hoc="" test="" lsd;="" kontrola,="" n="" {{="" 57}};="" fae-20,="" n="16)." podatki="" so="" dokumentirani="" v="" podatkovni="" datoteki="">

Ali lahko FAE-20 pojasni učinke Rhodiole?

FAE{{0}} izboljša spomin pri ličinki Drosophila v koncentraciji 0.71 mM (slika 5B), kar kaže na učinkovitost v nizkem mikromolarnem območju. Ta koncentracija ustreza 0.34 mg FAE-20 na mililiter hrane. Glede na naše analitične preiskave je vsebnost FAE-20 v surovem izvlečku rodiole ocenjena na manj kot 1 odstotek. Kar zadeva obseg, je to skladno s tem, kar smo ugotovili za učinek surovega izvlečka rodiole na izboljšanje spomina pri 0,3 mg izvlečka na mililiter hrane (slika 5A), saj bi to ustrezalo manj kot 3 mg FAE{{15 }} na mililiter hrane. Glede na to, da smo pridobili približno 25 do 30 odstotkov teže posušenega koreninskega materiala R. Rosea kot izvleček, bi doseganje približno enakega odmerka FAE-20 z dodajanjem koreninskega materiala Rhodiola1 zahtevalo približno tri- do štirikrat toliko Rhodiole1 koreninski material v primerjavi s surovim izvlečkom Rhodiole, ki znaša nekaj miligramov Rhodiole1 na mililiter hrane. To je približno tisto, za kar smo ugotovili, da je učinkovito (sl. 1, B do D). Ustrezna opozorila vključujejo meje napake zgornjih ocen, kombinirane učinke strukturno sorodnih spojin, ki imajo posamezno podpražne učinke, možnost obrnjenih razmerij med odmerkom in učinkom v obliki črke U in napake, ki izhajajo iz kvantitativno povezanih vedenjskih poskusov, ki niso bili izvedeni vzporedno . Ob upoštevanju teh opozoril menimo, da je verjetno, da FAE-20 posreduje znaten del učinka R. Rosee in njenega izvlečka na izboljšanje spomina, zato se odločno vzdržimo bolj kvantitativnih trditev.

maca ginseng cistanche

Molekularni učinki Rhodiole/FAE-20

Postopek, ki ga je predhodno predlagal R. Rosea za posredovanje izboljšanja spomina, je zaviranje aktivnosti acetilholinesteraze (AChE) (34, 35). Vendar pa zaviralci AChE pri čebelah bodisi rahlo oslabijo pridobivanje spomina (36) ali pa ga pustijo nespremenjenega (37). Poleg tega se je obnovitev spomina pri čebelah izboljšala z zaviranjem AChE (37). Brez nadaljnjih predpostavk se ti učinki inhibicije AChE ne ujemajo zlahka z našimi ugotovitvami pri čebelah, ker Rhodiola4E, nasprotno, izboljša pridobivanje spomina in pušča nespremenjeno pridobivanje. Poročali so, da izvlečki Polar R. Rosea in iz njih izolirane spojine, kot je roziridin, vplivajo na ravni in/ali ublažijo učinke biogenih aminov (38) [glejte tudi (39, 40)]. Ker so biogeni amini sami po sebi evolucijsko ohranjeni in močni modulatorji spominskih procesov [Drosophila, (13, 41, 42); čebela, (14, 15); sesalcev, (43)], se zdi, da so biogeni aminski sistemi res obetavni kandidati za posredovanje s spominom povezanih učinkov izvlečkov polarnega R. Rosea med vrstami. Vendar moramo poudariti, da je FAE-20 precej nepolaren, zato se lahko pričakuje, da bo drugačen ali dodaten mehanizem povzročil izboljšanje spomina s FAE-20. Naši trenutni rezultati kažejo, da lahko FAE-20 po zvišanju ravni sinaptičnega proteina BRP pri starih odraslih muhah in pri mladih muhah, ki prekomerno izražajo protein BRP, zniža ravni BRP nazaj na normalno. V obeh primerih ta učinek na ravni BRP spremlja delna kompenzacija za upad spomina. To je skladno s prejšnjimi ugotovitvami, ki kažejo, da je vzdrževanje prilagodljivih ravni izražanja BRP potrebno za pravilno delovanje spomina pri muhah (21, 44) in verjetno tudi pri čebelah (45). Zakaj so lahko ravni BRP pomembne za delovanje spomina? BRP se lokalizira v presinaptični aktivni coni (46). Potreben je za koncentracijo sinaptičnih veziklov blizu kanalov Ca2 plus in s tem za fino uravnavanje sinaptičnega prenosa (47, 48). Ker ima N-terminus Drosophila BRP homologijo zaporedja z vretenčarskim proteinom ELKS/CAST/ERC (46), se zdi, da je BRP obetaven kandidat za posredovanje s spominom povezanih učinkov FAE-20 med vrstami. Naši pozornosti ni ušlo, da so učinki FAE-20 na spomin kot tudi na ravni BRP pri odraslih muhah podobni učinkom hranjenja muh s poliaminom spermidinom, ki spodbuja avtofagijo (49). Vendar so predhodne proteomske analize ostale nedokončne glede tega, ali je prišlo do spremembe v številčnosti beljakovin, ki sodelujejo pri sintezi spermidina ali avtofagiji po hranjenju muh s FAE-20. Poleg tega se ti dve snovi drastično razlikujeta po fizikalno-kemijskih lastnostih in zato ni verjetno, da bosta imeli isto molekularno tarčo. Še vedno je možno, da FAE-20 in spermidin vplivata na prekrivajoče se procese, kot je avtofagija. To je privlačna ideja glede na skupno vlogo avtofagije pri plastičnosti in učenju med vrstami (21, 49–51).

Skupaj razpoložljivi dokazi kažejo, da je FAE-20 močan ojačevalec spomina pri različnih vrstah in paradigmah, ter spodbuja vsaj štiri neizključne delovne hipoteze za mehanizem njegovega delovanja, in sicer modulacijo nevronske razdražljivosti sistemov biogenih aminov , funkcije BRP/ELKS/CAST/ERC in homeostatske avtofagije. Za identifikacijo načina(-ov) delovanja FAE-20 je treba te delovne hipoteze zdaj podrobno raziskati.

Ali lahko FAE-20 doseže možgane?

Ob predpostavki, da so možgani mesto, na katerega končno vpliva zdravljenje s FAE-20, se človek vpraša, ali bi FAE-20 dejansko dosegel možgane. Ker so farmakokinetične analize v teku, opažamo, da se pri Drosophili prebava in absorpcija izvajata pretežno v srednjem črevesju, ki je veliko manj kislo kot pri sesalcih (52), zaradi česar je kisla hidroliza estrov malo verjetna. Če se FAE-20 res sprejme v hemolimfo (»kri«), bi ga lahko lipoproteini, kot je lipoprotein (53), prenesli v bližino kamor koli v telesu. Zaradi zelo nepolarnih lipofilnih lastnosti bi lahko interakcija prenesenega FAE-20 s celičnimi membranami omogočila prehod skozi krvno-možgansko pregrado (54). V primeru miši lahko slednja interakcija tudi omogoči, da FAE-20 doseže možgane po intraperitonealni injekciji FAE-20.

Ali so ličinke mlade ali stare?

Učinke ojačevalcev spomina je pogosto lažje zaznati, ko je iz kakršnega koli razloga ogrožena funkcija spomina (49, 55, 56). V skladu s tem so bili v naši študiji učinki FAE-20 razkriti s kompenzacijo genetsko povzročenih mnemoničnih okvar pri odrasli Drosophili in z izboljšanjem spominske funkcije, ki je ogrožena s starostjo. Toda zakaj se potem izboljšanje spomina s pomočjo FAE-20 tako zlahka razkrije pri ličinki Drosophila? Možen razlog za to je, da so pozne ličinke 3. stopnje, uporabljene v teh poskusih, v nekem smislu "stare", kar predstavlja življenjsko fazo ob koncu 5-dnevne neprekinjene blaznosti hranjenja in malo pred "smrt ličinke", ki ji sledi ponovno rojstvo kot mlada odrasla oseba (57).

Opozorila

Ugotavljamo, da v zdravih pogojih uporaba ojačevalcev spomina prinaša tveganja. (i) Kot je navedeno zgoraj, je učinke izboljšanja spomina lažje doseči, kadar koli je ogrožena funkcija spomina. To lahko spodbudi zdrave osebe, da uporabijo višje koncentracije, da bi vseeno dosegli povečanje spominske funkcije, kar poveča verjetnost nenamernih stranskih učinkov. Koristni učinki Rhodiole in FAE-20, ki smo jih opazili pri ličinkah Drosophile v vzporedni študiji, lahko kažejo na možnost zasvojenosti in opozarjajo na njuno nemedicinsko uporabo. (ii) V zdravih pogojih lahko izboljšanje spomina povzroči pretirano hitro pridobivanje in konsolidacijo le za lažno povezane dogodke, kar vodi v vraževerno vedenje in ne na prilagodljivo utemeljeno neizkušenost. Nenazadnje, (iii) lahko popači prilagoditveno ravnovesje med pridobivanjem spomina in pozabljanjem/izginjanjem ali prilagoditveno ravnovesje med diskriminacijo in posploševanjem spominov. Z drugimi besedami, hitrejše učenje ali bolj robusten ali bolj specifičen spomin ne pomeni nujno boljše kognicije in morda ni vedno prilagodljiv. Ob upoštevanju teh opozoril je lahko izboljšanje spomina še vedno zaželeno, na primer za kompenzacijo izgube spomina, ki je odvisna od starosti, ali kadar so mnemonične sposobnosti patološko oslabljene.

cistanche ocene